DE3318134C2 - Schutzschaltung für einen Wechselrichter mit Leistungstransistoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzschaltung für einen Wechselrichter mit Leistungstransistoren, die in der Endstufe des Wechselrichters angeordnet sind. Solche Wechselrichter sind z. B. in Hochleistungsanlagen, nämlich für die Speisung eines Wechselstrommotors in einer Aufzug- oder Fahrstuhlanlage, eingesetzt.

Die an sich bekannten Wechselrichter können zur Speisung eines Wechselstrommotors eine Wechselspannung aus einer Gleichspannung von z. B. einem Sammler erzeugen. Da ein Wechselrichter eine Halbleitervorrichtung darstellt, ist er bezüglich der Stromführungsleistung seiner Endstufe Einschränkungen unterworfen. Obgleich Wechselrichter verbreitet für die Speisung von Wechselstrommotoren eingesetzt werden, werden sie aus dem genannten Grund bei Hochgeschwindigkeits-Fahrstuhlanlagen nicht eingesetzt, weil dabei die Motorströme z. B. unter Anfahr- und Anhaltbedingungen außerordentlich groß sind; die verfügbaren Leistungstransistoren sind nämlich nicht in der Lage, die Stromerfordernisse bei Fahrstuhlanlagen zu erfüllen, bei denen die Ströme zu bestimmten Zeiten außerordentlich groß sein können.

Fortschritte in der Transistortechnologie ermöglichen es jedoch derzeit, einen Wechselrichter mit Endstufen zu konstruieren, welche die für eine Hochgeschwindigkeits-Fahrstuhlanlage erforderlichen Ströme zu führen vermögen, so daß die Verwendung eines solchen Wechselrichters in einer Hochgeschwindigkeits-Fahrstuhlanlage ins Auge gefaßt werden kann, und zwar speziell für einen bestimmten Verwendungszweck, nämlich für einen Wechselstromantrieb variabler Frequenz.

Einfach ausgedrückt, liefert ein frequenzveränderlicher Antrieb Signale zur Steuerung des Betriebs des Wechselrichters in der Weise, daß dieser ein Ausgangssignal liefert, dessen Frequenz und Größe variieren, um den Motorbetrieb zwecks Aufrechterhaltung einer bestimmten Drehzahl-, Drehmoment- und Schlupf-Beziehung zu steuern. Eine solche Motorsteuerung kann für einphasige und mehrphasige Elektromotoren benutzt werden. Obgleich nicht einfach zu konstruieren, ist eine entsprechende Motorsteuerung in der DE 33 10 555 A1 beschrieben.

Wie zu erwarten, sind die derzeit erhältlichen, für die Verwendung bei einem Wechselrichter in einer Hochgeschwindigkeits- Fahrstuhlanlage geeigneten Leistungstransistoren so teuer, daß ihr Auswechseln, wenn sie aus irgendeinem Grund während des Betriebs ausfallen, wenig günstig erscheint. Die Leistungstransistoren sollten daher keiner eine Beschädigung herbeiführenden Verlustleistung ausgesetzt werden, beispielsweise in einer Betriebsart, bei der die Kollektorspannung oberhalb der Sättigungsspannung liegt. Ein störender Faktor liegt darin, daß selbst der Ausfall auch nur eines solchen Transistors in der Wechselrichter-Endstufe kaskadenartig zu einem Ausfall mehrerer Transistoren führen und dabei, kurz gesagt, eine aufwendige Reparatur bedingen kann.

In der DE 29 51 240 A1 ist ein Transistor-Wechselrichter beschrieben, bei dem ein Schwellwertschalter vorgesehen ist, der bei Überschreiten eines Laststrom-Grenzwertes die Zufuhr von Steuerimpulsen an Leistungstransistoren unterbricht. Dieses Abschalten erfolgt dadurch, daß vom Schwellwertschalter an einen Treibverstärker momentan ein Signal abgegeben wird, das dann die Sperrung der Ausgabe von Steuerimpulsen für die Leistungstransistoren bewirkt.

Weiterhin beschreibt die DE 30 01 632 A1 eine Transistor-Schutzschaltung, bei der ein Transistor in der leitenden Phase gegen eine starke Stromerhöhung geschützt ist, wozu der Transistor drei verschiedene Betriebszustände anzunehmen vermag. In allen diesen Zuständen wird aber die Steuerspannung für den Transistor praktisch momentan geändert und seine Kollektor-Emitter-Spannung abgegriffen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung für einen Wechselrichter anzugeben, welche die Verwendung von Leistungstransistoren für z. B. eine Hochgeschwindigkeits-Fahrstuhlanlage erlaubt, so daß bei Auftreten einer Störung ein Motor "sanft" zum Stillstand gebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Wechselrichter wird durch einen Impulsbreitenmodulator gespeist, der Signale zur Steuerung seiner Endstufe zwecks Erzeugung von Impulsen abnimmt, welche die Wechselrichter-Endstufen zur Erzeugung eines sinusförmigen Wechselrichter-Ausgangssignals ansteuern, das wiederum einen Wechselstrommotor speist. Zu diesem Zweck liefert der Impulsbreitenmodulator ein Grund-Ansteuer- oder -Treibersignal, das einen entsprechenden Leistungstransistor im Wechselrichter ansteuert und bei dessen Erzeugung die Spannung über Kollektor und Emitter des Ausgangstransistors während einer festen Zeitdauer unabhängig abgegriffen wird. Wenn die Spannung innerhalb dieser Zeitspanne nicht auf die Transistor-Sättigungsspannung abfällt, zeigt dieser Zustand eine Störung an, die ein spezielles Problem beim Ausgangstransistor darstellt. Daraufhin wird ein Signal erzeugt, das der Fahrstuhl-Antriebssteuerung zugeliefert wird und den Impulsbreitenmodulator zur Beendigung der Lieferung des Treibersignals deaktiviert, wodurch wiederum der Wechselrichter deaktiviert wird, so daß dieser dem Motor kein Ausgangssignal mehr liefert. Die Antriebssteuerung benutzt dieses Störsignal zur Einleitung von Sicherheits-Anhaltesequenzen in der Fahrstuhlanlage, z. B. zum Betätigen der Bremsen, um die Kabine sanft zum Stillstand zu bringen.

Sobald der Transistor den Sättigungspunkt erreicht hat, wird außerdem die Spannung zwischen Kollektor und Emitter ständig abgegriffen, wenn diese Spannung über den Sättigungspunkt des Transistors zu steigen beginnt, wird das Störsignal bzw. Fehlersignal erzeugt.

Wenn der Motor angehalten wird, wird ihm zudem kein Strom eingespeist, die Antriebssteuerung fordert dabei einen Betrieb des Motors an, so daß eine Prüfsequenz oder -folge eingeleitet wird. Wenn die Antriebssteuerung einen Motorbetrieb anfordert, wird der Impulsbreitenmodulator für eine kurze Zeitspanne unabhängig aktiviert. Falls jedoch nach dieser kurzen Zeitspanne eine Störung festgestellt wird, wird wiederum das Störsignal zum Deaktivieren des Impulsbreitenmodulators geliefert. Als Ergebnis wird der Wechselrichter nicht tatsächlich eingeschaltet. Mit anderen Worten: wenn genau zu diesem Zeitpunkt - zu dem ein Motorbetrieb verlangt wird - eine Störung festgestellt wird, wird der Wechselrichter abgeschaltet. Durch diese Sequenz kann eine etwaige, möglicherweise beim Anfahren des Motors auftretende Beschädigung des Wechselrichters aufgrund der sehr kurzen Betriebszeit bei einem Anfahrversuch vermieden werden. Außerdem wird dadurch die Kabine an einem Verlassen des betreffenden Stockwerks beim Vorliegen einer Störung gehindert.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Fahrstuhl-Antriebsanlage, bei welcher ein Motor durch einen von einem Sammler versorgten Wechselrichter gespeist und die Arbeitsweise des Wechselrichters durch einen Impulsbreitenmodulator gesteuert wird, dessen Betrieb wiederum gesteuert wird,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Wechselrichters,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Impulsbreitenmodulators zur Steuerung des Wechselrichterantriebs für eine Motorwicklung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Basistreibers mit entsprechender Stromversorgung und einer Stördetektoreinheit, die im Wechselrichter angeordnet sind, und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer bei der Anlage nach Fig. 1 vorgesehenen logischen Schutzschaltung zur Erfassung einer Störung in einem der Basistreiber und zur Lieferung einer den Impulsbreitenmodulator speisenden Spannung, deren Zufuhr bei Feststellung einer Störung beendet wird.

Fig. 1 veranschaulicht eine Fahrstuhlanlage als Anwendungsbeispiel für die Erfindung. Dabei wird eine Fahrstuhl-Kabine 10, die mit einem Gegengewicht 12 verbunden ist, durch einen Motor 14 angetrieben. Ein Drehzahlgeber 17 erfaßt den Motorbetrieb und liefert ein Drehzahl und Drehrichtung des Motors angebendes Signal TACH1.

Der Motor 14 wird von einem Wechselrichter 16 gespeist, der seinen Strom bzw. seine Spannung +V, -V von einem Sammler 15, d. h. tatsächlich einer Sammlerbatterie erhält, welche eine für den Betrieb des Motors erforderliche hohe Spannung von typischerweise etwa 200 V liefert. Der verwendete Motor 14 ist ein Dreiphasen-Induktionsmotor, der mit einer Dreiphasenspannung vom Wechselrichter gespeist wird, obgleich ersichtlicherweise auch eine Einphasenanordnung verwendet werden kann. Der Wechselrichter 16 wird zur Steuerung oder Regelung von Frequenz und Größe dieser Spannung angesteuert; eine frequenzveränderliche Treibereinheit für diesen Zweck ist in der eingangs erwähnten DE-OS 33 10 555 beschrieben.

Der Wechselrichter 16 nimmt von einem Impulsbreitenmodulator (PWM) 18 Ausgangssignale ab, welche das Ausgangssignal vom Wechselrichter 16 zum Motor 14 steuern, um z. B. ein frequenzveränderliches Ausgangssignal zu liefern. Der Ausgang des Impulsbreitenmodulators 18 besteht tatsächlich aus drei Phasensignalpaaren Phase 1a, 1b, Phase 2a, 2b, Phase 3a, 3b (bzw. PW 1A, 1B - PW 3A, 3B), die jeweils den Wechselrichter 16 zur Lieferung von Spannung oder Strom für die Speisung des Motors 14 ansteuern. Jedes dieser Signalpaare steuert tatsächlich zwei Transistoren, die im Basistreiber in Gegentaktkonfiguration angeordnet sind, um Spannung und Strom zu einer Motorwicklung W1, W2, W3 (Fig. 2) zu liefern. Der Impulsbreitenmodulator 18 wird durch eine Motorsteuerung 20 gesteuert, die ein Motorsteuersignal MS zur Steuerung jedes Phasensignalpaars liefert und die den Betrieb des Impulsbreitenmodulators 18 so steuert, daß der Motor 14 die gewünschte Drehzahl- und Drehmomentcharakteristik für die vorgesehene Leistung der Fahrstuhlanlage liefert. Die Motorsteuerung 20 wird durch ein Ausgangssignal PROF1 eines Profilgenerators 21 gesteuert, d. h. einer in der Aufzug- oder Fahrstuhltechnologie an sich bekannten Vorrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Leistungseigenschaften eines Motors zwecks Gewährleistung der gewünschten Beschleunigungs- oder Verzögerungskennlinie. Der Profilgenerator 21 nimmt seinerseits eine Anzahl von Signalen von einer ebenfalls an sich bekannten Bewegungs- oder Antriebssteuereinheit 22 ab, um den Betrieb des Motors 14 in Abhängigkeit von Anlagenanforderungen zu steuern, die der Antriebssteuereinheit 22 von einer ebenfalls an sich bekannten Gesamt-Anlagensteuerung 24 gemeldet werden. Letztere nimmt die Anforderungen, Kabinen- und Hallenrufe, z. B. von Drucktastenschaltern, ab und erzeugt Steuersignale, die der Antriebssteuereinheit 22 zugeführt werden, um den Profilgenerator 21 für die gewünschte, diesen Anforderungen genügende Kabinenleistung anzusteuern.

Das Signal TACH1 vom Drehzahlgeber 17 wird der Antriebssteuereinheit 22, dem Profilgenerator 21 und der Motorsteuerung 20 eingespeist, um eine Regelschleifen-Motorsteuerung zu gewährleisten.

Der Betrieb bzw. die Arbeitsweise des Wechselrichters 16 wird durch eine logische Schutzschaltung (PL) 30 erfaßt, die auf spezielle Weise an den Wechselrichter 16 angeschlossen ist: Der Stromfluß erfolgt von der Schutzschaltung 30 über eine Leitung 30A zum Wechselrichter 16, sodann in Reihe über mehrere Stördetektoren (FD) und hierauf über eine Leitung 30B zurück zur Schutzschaltung 30. Wenn einer der Stördetektoren, von denen je einer für jeden Transistor T vorgesehen ist, eine Störung oder einen Ausfall seines zugeordneten Transistors anzeigt, wird diese Reihenschaltung unterbrochen. Dies führt zur Aufhebung eines logischen Schutzsignals PLS, das dem Impulsbreitenmodulator 18 zugeliefert wird und diesen speist. Wenn dieses Signal nicht anliegt, wird die Stromzufuhr zum Impulsbreitenmodulator 18 abgeschaltet, so daß auch die Ansteuerung des Wechselrichters 16 durch den Impulsbreitenmodulator 18 beendet wird. Infolgedessen wird ersichtlicherweise die Ansteuerung des Wechselrichters 16 beendet und damit sein weiterer Betrieb verhindert, wodurch in den meisten Fällen die Störung behoben wird. Das Signal PLS wird auch der Antriebssteuereinheit 22 zugeführt, jedoch um diese für die entsprechende Steuerung des Kabinenbetriebs zu aktivieren. Wenn beispielsweise eine Störung in dem Augenblick auftritt, in welchem sich die Kabine 10 eben in Bewegung setzt, können sich die Türen öffnen, so daß die Fahrgäste die ausgefallene Kabine verlassen können, während die Bewegung der Kabine selbstverständlich verhindert wird. Falls die Störung bei Aufwärtsfahrt der Kabine 10 auftritt, wird ein Nothalt mit Bremsvorgang und Verlangsamung eingeleitet.

Die Spannungen (+V, -V) an den Wechselrichter-Transistoren (über CE- bzw. Kollektor/Emitter-Verzweigung) sind hoch (vom Sammler), und der Basistreiberkreis (z. B. 16B) sowie die FD- bzw. Stördetektoreinheit werden daher über eine getrennte Stromversorgung getrennt gespeist. Diese Stromversorgung enthält einen vom Sammler 15 gespeisten Oszillator 40 zur Lieferung eines Trägersignals, das einer Stromversorgung (PS) 42 zugeführt wird, die aus einem Transformator und einem Brückengleichrichter zur Lieferung des Stördetektor- und des Basistreiberstroms besteht. Das Ausgangssignal dieser Stromversorgung 42 wird den Bauteilen mit den Bezugszeichen 18, 20, 21, 22, 30 zugeführt, während der Wechselrichter 16 selbst durch den Sammler 15 gespeist wird. Gemäß der genannten DE-OS 33 10 555 wird der Sammler durch ein Ladegerät 19 aufgeladen, wobei der Wechselrichter 16 unter bestimmten Kabinen-Betriebsbedingungen Strom in den Sammler rückspeist. Die Verwendung des Oszillators 40 trennt den Impulsbreitenmodulator 18, die Schutzschaltung 30 und den Wechselrichter 16 von den anderen Einheiten der Anlage, beispielsweise der Motorsteuerung 20.

Der in Fig. 2 dargestellte und in Fig. 3 im einzelnen veranschaulichte Impulsbreitenmodulator 18 umfaßt tatsächlich drei "Kanäle", die jeweils einen eigenen Impulsbreitenmodulator bilden. Der Ausgang jedes Kanals enthält zwei Signale, die jeweils an die Basis eines getrennten Transistortreibers im Wechselrichter 16 angelegt werden. Dem getrennten Treiber ist eine FD- bzw. Stördetektoreinheit zugeordnet, deren getrennter Ausgang (Optotrenner) von der logischen Schutzschaltung 30 über die Leitung 30A Strom abnimmt. Der Strom fließt somit über die Leitung 30A zur Stördetektoreinheit A sowie zu Stördetektoreinheiten B-F und schließlich von der letzten Einheit F über die Leitung 30B zur Schutzschaltung 30 zurück. Die Stördetektoreinheit unterbricht diesen Stromfluß, wenn sie eine Störung am zugeordneten Transistor T erfaßt. Jeder Transistor T wird durch einen entsprechenden Treiber (in Fig. 4 im einzelnen dargestellt) angesteuert. Jeder Abschnitt des Impulsbreitenmodulators 18, d. h. jede einzelne Impulsbreitenmodulatoreinheit 18A, liefert mithin zwei Signale (z. B. PW1A, PW1B), die jeweils zu einem Treiber (z. B. 16A, 16B) geleitet werden. Jedes dieser Signale ist ein Impuls, dessen Dauer der Größe des sinusförmigen Eingangssignals proportional ist (Dauer = F (Sinus ω(t)), um den Transistor T durchzuschalten und zu sperren, so daß sein mittleres Ausgangssignal sich sinusförmig ändert. Die Motorwicklungen W1-W3 sind jeweils zwischen Kollektor und Emitter eines Transistorpaars P angezapft. Das Treibersignal von jedem Impulsbreitenmodulator erzeugt eine Gegentaktwirkung zwischen den +V- und -V-Versorgungen, wobei der resultierende Strom im Transistor sinusförmig ist.

Fig. 3 zeigt eine der Impulsbreitenmodulatoreinheiten, nämlich die zur Lieferung der Signale PW1A und PW1B. Das Signal MS wird dem einen Eingang eines Komparators 42′ aufgeprägt, dessen anderer Eingang ein Dreieckssignal ST von einem Funktionsgenerator (FG) abnimmt. Das vom Komparator 42′ auf einer Leitung 42a gelieferte Ausgangssignal ist eine Impulsreihe, deren Dauer entsprechend der Amplitude des Signals MS variiert, d. h. einem Sinuswellensignal (mit Sinus ω(t)). Diese Ausgangsimpulse des Komparators 42′ werden über eine Totzeitschaltung (DT) 44 zu einem Verstärker (A) 46 geliefert, um ein Signal PW1A in Form einer Impulsreihe zu erzeugen. Das Ausgangssignal des Komparators 42′ wird auch zu einem Inverter 48, zu einer weiteren Totzeitschaltung 50, die an ihrem Ausgang ebenfalls Impulse liefert, deren Größe zeitlich als Funktion des Signals MS variiert, und zu einem weiteren Verstärker 52 geliefert. Das Ausgangssignal des Verstärkers 52, grundsätzlich das Reziprok des Ausgangssignals vom Verstärker 46, stellt das Signal PW1B dar. Der Zweck der Totzeitschaltungen besteht darin, ein gleichzeitiges Durchschalten der beiden Transistoren eines Paars P zu verhindern. Die vorstehende Beschreibung gilt grundsätzlich für eine an sich bekannte Impulsbreitenmodulatorschaltung zur Lieferung zweier inverser, impulsbreitenmodulierter Signale. Jedes dieser Signale wird einem der Treiber zugeführt, und zwei dieser Signale (z. B. PW1A oder PW1B) bilden das Treibersignalpaar zur Ansteuerung des Transistorpaars P im Gegentaktbetrieb.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Impulsbreitenmodulator ist zu beachten, daß der Strom für den Komparator 42′ und die Totzeitschaltungen 44, 50 sowie den Inverter 48 von einer Feststromversorgung (z. B. einer Gleichstromversorgung) geliefert wird. Die Stromzufuhr zu den Ausgangspuffer-Verstärkern 46 und 52 besteht dagegen aus dem Signal PLS, das von der logischen Schutzschaltung 30 geliefert wird. Wie erwähnt, wird in einem Störungszustand die Lieferung des Signals PLS beendet, und infolgedessen werden die Puffer-Verstärker 46 und 52 abgeschaltet, so daß die die Transistorpaare ansteuernden Signale nicht mehr anliegen und damit die Ansteuerung abgeschaltet ist. Dies stellt eine Schutzmöglichkeit dar. Im folgenden ist die Erzeugung eines Störsignals (FAULT) beschrieben, welches die Lieferung des Signals PLS beendet.

Fig. 4 zeigt einen der Treiber zur Ansteuerung eines der Transistoren und seines zugeordneten Stördetektors. Das Ansteuer- oder Treibersignal, in diesem Fall das Signal PW1A, wird zu einem optischen Trenner 60 geleitet, dessen Ausgangssignal einen Schmitt-Trigger 62 zur Formung der Ausgangswellenform des optischen Trenners 60 ansteuert. Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 62 wird dem einen Eingang einer Torschaltung 64 sowie einem invertierenden Verstärker (A) 66 aufgeprägt. Die Störsignale auf den Leitungen 30A und 30B durchlaufen eine Schaltung 68, die den Transistor eines an sich bekannten Trenners bildet, der angesteuert wird, um je nach dem Zustand des Eingangssignals auf einer Leitung 68A den Strom über den Transistor 68 zwischen den Leitungen 30A und 30B fließen zu lassen. Das Eingangssignal auf der Leitung 68A liegt am Ausgang eines Flip-Flops 70 an, der auch an den anderen Eingang der Torschaltung 64 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal der Torschaltung 64 wird einem Verstärker 72 zugeführt, welcher die nötige Basisansteuerung bewirkt, um einen Stromfluß über den Transistor T hervorzubringen. Das Ausgangssignal dieses Verstärkers 72 hängt ersichtlicherweise vom Ausgangssignal der Torschaltung 64 ab, das seinerseits eine Funktion des Signalpegels auf der Leitung 64A ist. Wenn der Pegel auf der Leitung 64A hoch ist, wird das Signal vom Schmitt-Trigger 62 durch die Torschaltung 64 sowie den Verstärker 72 durchgeschaltet, um den Transistor T als Funktion des Signals PW1A anzusteuern. Bei einem niedrigen Signalpegel auf der Leitung 64A sperrt dagegen die Torschaltung 64, so daß sie kein Signal zum Durchschalten und Sperren des Transistors durchläßt und infolgedessen die Wicklung W1 nicht mit Strom beschickt wird. Wenn das Signal auf der Leitung 64A niedrig ist, läßt außerdem der optische Trenner den Transistor in der Schaltung 68 sperren, wobei der Stromfluß auf den Leitungen 30A und 30B unterbrochen und damit das Vorliegen einer Störung angezeigt wird. Das Signal auf der Leitung 64A ist eine Funktion des Betriebszustands des Flip-Flops 70, dessen Rücksetzeingang mit einem Komparator 72A verbunden ist, dessen einer Eingang an eine Verzweigung zwischen einem Widerstand 74 und einem Kondensator 76 angeschlossen ist, während der andere Eingang mit einer Teilerschaltung 78 verbunden ist, die ihrerseits an die positive Stromversorgung angeschlossen ist. Die Stördetektoreinheit enthält weiterhin einen Schalter 80, welcher die über den Kondensator 76 anliegende Spannung steuert. Der Zustand des Schalters 80 hängt vom Ausgangssignal der Torschaltung 64 ab: Wenn das Signal PWO zuerst (erstmals) an den optischen Trenner 60 angelegt wird, öffnet das resultierende Ausgangssignal der Torschaltung 64 den Schalter. Das Ausgangssignal des einen Wellenformer bildenden Schmitt-Triggers 62 wird gleichfalls über die einen Verstärker 66 und einen Vergleicher 67 geleitet und dann an die Setzklemme des Flip-Flops 70 angelegt. Infolgedessen geht das Ausgangssignal des Flip-Flops 70 auf den hohen Pegel über, so daß das Signal PW1A weiter über die Torschaltung 64 übertragen werden kann. Als Ergebnis beginnt die über den Transistor T anliegende Spannung abzufallen, wenn der Transistor durchzuschalten beginnt. Gleichzeitig beginnt sich der Kondensator 76 über den Widerstand 74 aufzuladen. Zwischenzeitlich steigt die Spannung an der Verzweigung zwischen Widerstand und Kondensator als Funktion der PC-Zeitkonstante an. Die Spannung über den Transistor fällt tatsächlich schnell ab, bis der Transistor voll durchgeschaltet ist. Die zwischen Kollektor und Emitter anliegende Spannung kann fortschreitend von 200 V auf etwa 2 V abfallen; dieser Wert liegt unter der durch die Teilerschaltung 78 am Komparator 72A gesetzten Bezugsspannung (z. B. 5 V). Gleichzeitig mit dem Durchschalten des Transistors lädt sich jedoch der Kondensator 76 auf, und solange seine Spannung niedriger bleibt als die Spannung der Teilerschaltung, was bedeutet, daß sich der Transistor wie vorgesehen verhält, ändert sich der Zustand des Komparators 72A nicht, so daß sich auch der Zustand des Flip-Flops 70 nicht ändert. Das Ausgangssignal wird daher weiter über die Torschaltung 64 zum Verstärker 72 übertragen. Falls dagegen die Kondensatorspannung die von der Teilerschaltung geelieferte Spannung übersteigt, wird hierdurch angezeigt, daß der Transistor nicht schnell genug durchgeschaltet hat (in der durch die Aufladezeit des Kondensators 76 wiedergegebenen erforderlichen Zeitspanne), so daß der Komparator daraufhin seinen Zustand ändert. Dabei wird das Flip-Flop 70 rückgesetzt; dies hat eine Änderung des Zustands auf der Leitung 64A, ein Sperren der Torschaltung 64 und die Beendigung der Ansteuerung bzw. der Lieferung des Treibersignals des Transistors T zur Folge. An diesem Punkt wird unter Entladung des Kondensators 76 auch der Schalter 80 betätigt. Diese Zustandsänderung auf der Leitung 64A zeigt eine Störung an: Der Transistor hat nicht innerhalb der erforderlichen Zeitspanne durchgeschaltet. Dieser Zustand wird durch die Unterbrechung des Stromflusses auf den Leitungen 30A und 30B zur logischen Schutzschaltung 30 rückgemeldet.

Die Stördetektoreinheit spricht auch auf das Vorhandensein des Signals PW1A an. Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 62 wird über den Verstärker 66 dem Vergleicher (CP) 67 eingespeist, welcher das Flip-Flop 70 setzt, wenn das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 62 einen "Durchschalt"-Befehl angibt.

Eine andere Prüfung erfolgt während des Normalbetriebs. Wenn angenommen wird, daß der Treiber einwandfrei arbeitet und während dieser "Durchschaltsequenz", während sich der Kondensator auflädt, keine Störung festgestellt worden ist, lädt sich der Kondensator auf die Sollspannung von typischerweise etwa 4 V auf, und er hält diese Spannung. Wenn bei durchgeschaltetem Transistor die Kollektorspannung anzusteigen beginnt, steigt das Eingangssignal am Komparator 72A an; wenn die Spannung am Kondensator überschritten wird, ändert der Komparator 72A seinen Zustand unter Rücksetzung des Flip-Flops 70, wodurch die Basisansteuerung beendet und der Stromfluß auf den Leitungen 30A und 30B unterbrochen wird.

Fig. 5 veranschaulicht die logische Schutzschaltung (PL). Diese weist eine positive Spannungsversorgung, welche die Leitung 30A über einen Widerstand 88 mit Strom bzw. Spannung speist, sowie die Leitung 30B auf, die innerhalb der Schutzschaltung 30 zu Masse zurückgeführt ist. Die Spannung auf der Leitung 30A wird einer Triggerstufe 90 eingespeist, deren Ausgangssignal einem Inverter 92 eingespeist wird. Das Ausgangssignal des Inverters wird dem einen Eingang einer Torschaltung 94 aufgeprägt, deren andere Eingänge mit anderen Störungsquellen in der Anlage verbunden sind, die nicht näher beschrieben sind und z. B. den Zustand des Reglers, die Sicherung oder die Beleuchtung betreffen. Wenn der Stromfluß auf der Leitung 30A infolge eines Störzustands an einem der Stördetektoren unterbrochen wird, steigt die Spannung am Eingang der Triggerstufe 90 an, so daß am Ausgang der Torschaltung 94 ein Signal erscheint. Dieses Ausgangssignal wird einem Flip-Flop 96 aufgeprägt, und die Zustandsänderung dieses Ausgangssignals der Torschaltung 94 führt zum Rücksetzen des Flip-Flops 96. Dessen Setzklemme ist mit dem Ausgang eines monostabilen Multivibrators (MS) bzw. einer Verzögerungsstufe 98 verbunden, der von der Motorsteuerung ein EIN/AUS-Signal abnimmt, das tatsächlich über einen optischen Trenner 100 geliefert wird, der zur Trennung der logischen Schutzschaltung von den restlichen Abschnitten der Anlage aus Sicherheitsgründen und zur Störsignalunterdrückung vorgesehen ist. Wenn dieses EIN/AUS-Signal, das ein Einschalten der Stromzufuhr anzeigt, geht der monostabile Multivibrator (MS) 98 auf den hohen Zustand über, wodurch das Flip-Flop gesetzt wird. Das Ausgangssignal des Trenners 100 wird auch einer Torschaltung 102 zugeführt, die in Abhängigkeit vom hohen Signal vom Flip-Flop sowie vom hohen Signal am Ausgang des Trenners 100 den Schalter 104 aktiviert. Dieser Schalter 104 schaltet die positive Spannung zur Lieferung der Spannung PLS an, d. h. er speist die Ausgänge der Impulsbreitenmodulatoren (Fig. 3). Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 98 bleibt während einer kurzen Zeitspanne auf dem hohen Pegel. Aufgrund dieser Verzögerung können die Transistoren angesteuert werden. Schließlich geht der Ausgang des monostabilen Multivibrators (MS) auf Null über; die Setzklemme des Flip-Flops 96 wird daher auf Null zurückgeführt. Dies hat jedoch keinen Einfluß auf das Ausgangssignal des Flip-Flops, so daß das Signal PLS weiter geliefert wird. Wenn jedoch der monostabile Multivibrator bei niedrigem Rücksetz-Eingangssignal abschaltet, ändert das Flip-Flop den Zustand unter Sperrung der Torschaltung 102, die ihrerseits den Schalter 104 deaktiviert und die Lieferung des Signals PLS beendet. Die Wirkung dieser Prüfung besteht darin, daß die Treiber für eine kurze Zeitspanne betätigt werden; falls jedoch nach dieser Zeitspanne eine Störung festgestellt wird, wird die Lieferung des Signals PLS beendet. Das Auftreten einer Störung an einem der anderen Eingänge der Torschaltung 94 hat ersichtlicherweise dasselbe Ergebnis. Beim Vorliegen einer Störung werden das Flip-Flop übersteuert und die Lieferung des Signals PLS beendet. Der Betrieb des monostabilen Multivibrators 98 bietet mithin eine anfängliche Prüfung unmittelbar zu Beginn des Anfahrens des Motors oder der Stromzufuhr zum Impulsbreitenmodulator, während durch den Betrieb des Schmitt-Triggers 90 und der zwischen diesem und dem Flip-Flop-Rücksetzeingang 96 angeordneten Schaltkreis der Betrieb nach dieser kurzen Zeitspanne gesteuert werden soll, um eine Störung im Normalbetrieb festzustellen. Dieses zweistufige Vorgehen ist deshalb erforderlich, weil beim Anfahren scheinbar widersinnige oder belanglose Störungen vorliegen können, bei denen die Anlage nicht stillgelegt werden soll.

Ersichtlicherweise kann die Schaltungsanordnung ganz oder teilweise mittels eines Rechners, z. B. eines Mikroprozessors, realisiert werden, der für die Durchführung der verschiedenen Prüfungen im Laufe des im Betrieb der beschriebenen Ausführungsform durchgeführten Verfahrens programmiert ist.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung für einen Wechselrichter (16) mit Leistungstransistoren (T) mit
- einem einen oder mehrere Leistungstransistoren (T) aufweisenden Wechselrichter (16) zur Speisung eines Motors (14),
- einem Impulsbreitenmodulator (18) zur Lieferung eines Ansteuersignals für jeden Leistungstransistor (T),
- einer Stördetektoreinheit (A-F) für jeden Leistungstransistor (T) zur Erfassung der Durchschaltzeit des Leistungstransistors (T),
- einer logischen Schutzschaltung (30), wobei die Stördetektoreinheit bei fehlerhaftem Durchschalten des Leistungstransistors ein Störsignal an die logische Schutzschaltung (30) liefert, die dann den Impulsbreitenmodulator (18) abschaltet, wobei die Stördetektoreinheit (A-F) aufweist:

• - einen optischen Trenner (60), der das Ansteuersignal vom Impulsbreitenmodulator (18) empfängt und ein Ausgangssignal liefert,
  - einen Schmitt-Trigger (62) zur Signalformung des Ausgangssignals vom optischen Trenner (60),
  - eine Torschaltung (64) und einen invertierenden Verstärker (66), wobei der erste Eingang der Torschaltung (64) und der Eingang des invertierenden Verstärkers (66) mit dem Ausgang des Schmitt-Triggers (62) verbunden sind,
  - ein Flip Flop (70), dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang der Torschaltung (64) verbunden ist, dessen Setzeingang (S) über einen Verstärker (67) mit dem Ausgang des invertierenden Verstärkers (66) verbunden ist, und dessen Rücksetzeingang (R) mit dem Ausgang eines Komparators (72A) verbunden ist, wobei der erste Eingang des Komparators (72A) über einen Widerstand (74) mit positiven Potential und über einen Kondensator (76) mit negativen Potential beaufschlagbar und mit einem Anschluß des Leistungstransistors (T) verbunden ist und an dessen zweitem Eingang ein Referenzpotential anliegt,
  - einen parallel zum Kondensator (76) angeordneten Schalter (80), der die am Kondensator (76) anliegende Spannung abhängig von dem Ausgangssignal der Torschaltung (64) steuert, und
  - einen Puffer-Verstärker (72), der zwischen einem Ausgang der Torschaltung (64) und dem Steueranschluß des Leistungstransistors (T) liegt, wobei
  - das Ausgangssignal des Flipflops (70) als Störsignal für die logische Schutzschaltung (30) dient.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren optischen Trenner (68), dessen Eingang mit dem Ausgang des Flipflops (70) verbunden ist und dessen Ausgangssignal an der logischen Schutzschaltung (30) anliegt.